水泥搅拌桩在处理地基液化土中的应用探究

水泥搅拌桩在处理地基液化土中的应用探究

摘要：某工程主泵室建基面在粉质土液化土层上，须用双排水泥搅拌桩套打技术做地基处理，以便水泥桩形成连续壁状墙体，对泵站底板下液化土层进行围封，加固效果较好。

关键词：水泥搅拌桩；地基处理；液化

砂土液化是轻亚粘土或饱水粉细砂在地震力作用下在瞬间发生强度失掉，固态变液态的力学过程。砂土液化危害性极大，喷水冒砂使地下砂层砂颗粒及孔隙水被搬到地表，使地基原有功效消失。地下土层液态、固态物质缺失，导致沉陷不同程度的出现，使地面建筑物开裂、倾斜、下沉、倾倒等，造成损失严重。因此必须处理液化土层，而水泥搅拌桩则是一种加固软土地基常用措施之一。

水泥搅拌桩以水泥作固化剂，运用深层搅拌机械，边钻边往软土喷射雾状粉体或浆液，将水泥浆与软土地基深处强制拌和、固化，增强抗压强度，形成水稳性、整体性和一定强度的水泥加固土桩柱体，提高地基稳定性。

某工程地基采用双排水泥搅拌桩套打，水泥桩形成连续壁状墙体，对泵站底板液化土层作围封处理，加固效果较好。

一、工程概述

该工程位于京杭运河东侧，与一协同船行站共同运作抽取运河水来灌溉26.63万亩耕地。工程拆建为提高工程设计标准，增强灌溉能力。该船行站设计流量20m3/s，总装机2400kW。主泵室布置8台900ZLB-+2°单机2.86m3/s的立式轴流泵，底板长14.70m×2m，宽（顺水流）9.70m。泵室布置四机一缝，底板分二块，单块底板长14.70m。泵室底板底面高程14.30m,厚0.8m。

二、工程地质条件

图1 工程地质剖面图

根据工程所在地岩土工程勘察设计研究院提供的《岩土工程勘察报告》，勘探孔揭露范围内，据其成因、年代及物理性质，该内岩土层分4层：

①素填土（Qml4）：黄褐色，松散，粉质黏土为其主要组成成分，含植物根系。厚度在0.5-4.1m。

②粉质粘土夹粉土（Qal4）：灰黄色，粉质土为软塑局部流；粉土稍湿，稍

密，可见云母。土质均匀，分布稳定，中偏压缩性。顶板标高19.3-20.3m，层厚在3.8-5.1m。

③粉土（Qal4）：灰黄色，湿，稍密，局部夹粉质粘土薄层，水平层理，土质不均匀，分布稳定，中等压缩性。顶板标高15.2-6.17m，层厚在4.7-5.2m。

④粘土（Qal3）：灰黄色，硬塑，局部可塑，土质均匀，分布稳定，少量铁锰结核。中等压缩性，顶板标高10.3-10.8m，勘测中此层没揭穿，最深7.50m。

各土层物理力学指标和地基承载力见表1、表2。

表1 土层物理学指标表

表2 站址处地基承载力表

地质报告③层为中等液化土层，场地中等液化等级。泵室在③层液化土上，底板底面高程14.3m，根据《泵站设计规范》，液化土层须作地基处理。

三、泵室地基处理设计

泵室地基应力计算以四机一联段作计算单元，经计算，控制工况为完建工况。泵房在控制工况时基底应力最大值111.4kPa，最小值60.8kPa，平均地基应力86.1kPa。

地质报告显示③层为粉砂，标准贯入击数为9击。③层地基容许承载力用《泵站设计规范》附录B.1.2公式计算：

[Rh]＝1/k（0.5γBBNrSrir＋qNqSqdqiq＋CNcScdcic）

式中，K为安全系数，取2.0；γB为泵室基础底面以下土的重力密度；q为泵室基础底面以上有效侧向荷载；Sr、Sq、Sc是形状系数，Sr＝1-0.4B/L，Sq＝

Sc＝1+0.2 B/L；D为泵室基础埋置深度；dq、dc是深度系数，dq＝dc＝1+0.35 D/B；ir、iq、ic倾斜系数，由荷载倾斜率tgδ查附表B.1.2-2；Nr、Nq、Nc为承载力系数，由Φ查附表B.1.2-1。

计算可得③层土地基容许承载力162.4kPa，大于完建期最大地基反力，所以③层土可作为泵室地基，地基只需考虑土体液化处理。软土地基加固常用水泥搅拌桩来加固地基。

水泥搅拌桩用固化剂水泥浆与外加剂（木质素磺酸钙等）经搅拌机输送到软土，将喷入软土中水泥浆与软土充分拌合，固化剂和软土间产生物理-化学反应，改变原土结构，形成强度足够、变形模量和稳定性水泥土，达到加固地基目的。

水泥搅拌桩适用淤泥质土、粉土、淤泥和含水量高且地基承载力值在120kPa以下的粘性土地基。水泥搅拌桩施工工期短、效率高。施工过程无振动、无地面隆起、无噪声、不挤土、不排污、加固费用低、施工机具简单等优点。

水泥搅拌桩用单头搅拌桩，直径0.6m，搭接长0.1m，呈双排梅花形布置，桩中心距0.5m。水泥搅拌桩用425#普通硅酸盐水泥作固化剂，水泥掺入量15%。《建筑桩基技术规范》要求桩端进入持力层深度在2桩径以上，地质报告中④层土顶板标高10.3m，设计桩端进入④层土1.8m，桩底高8.5m。桩顶高14.30m，预加0.5m桩头，设计桩长5.8m。

四、成桩试验

进一步了解施工区水文地质条件对搅拌桩施工影响，确定搅拌提升速度、水泥浆配合比、注浆压力、复搅深度及电机工作电流等施工参数。

施工机械SJB-Ⅰ型深层水泥搅拌机，水泥掺入比αw=15%，水灰比按0.50、0.55、0.60分别试验。试验桩选底板外区域，做试验桩3根，确定搅拌桩施工参数：水泥掺入比αw=15%，单桩水泥用量在200kg/m以上；浆液比重在1.743kg/L以上，水灰比0.55；喷浆提升速度在0.5m/min以下，预搅下沉速度0.6-0.7m/min；喷浆口喷浆压力0.4-0.6MPa；桩尖标高按进入持力层④土层深度在1.8m （根据工作电流判断持力层）以上。

五、深层搅拌桩施工工艺

1、定位

搅拌机就位，基座调平、对中；

预搅下沉

启动搅拌机电机，放松卷扬机钢丝绳，使搅拌机沿导向架切土下沉；

制备水泥浆

待搅拌机开始下沉即可按成桩试验确定配合比制水泥浆；

喷浆提升

搅拌机下沉到设计深度后，开启灰浆泵，开始喷浆搅拌提升；第一次喷浆量控制在单桩总浆量50%左右；

5、重复搅拌下沉

6、重复喷浆搅拌提升

搅拌机提升到桩顶标高，浆液若有剩余，可在桩身上部1-1.5m范围重新搅拌喷浆；避免搅拌头未到桩顶，浆液已喷完现象；

7、上下往返复搅一次

8、清洗

9、移位

重复上述步骤，开始下一根桩施工。

六、施工质量控制与检验

1、施工质量控制

6.1.1基础底面至少留50cm土层，保证喷浆搅拌至少高基础底板底面高50cm；

6.1.2施工期间控制地下水位高程低于操作面2m以上；

6.1.3充分搅拌保证土和水泥浆均匀搅拌；

6.1.4按预定配合比配置水泥浆，定期抽查；

6.1.5保证足够注浆压力，用自动流量计控制实际喷浆量；

6.1.6控制喷浆搅拌提升速度，段浆量（l/m）均匀；

6.1.7加强搅拌桩顶1-1.5m，确保桩头均匀密实；

6.1.8连锁桩施工，相临桩施工间隔控制在24小时内。如果相邻桩无法搭接，局部补桩或注浆等补强。

2、质量检验

6.2.1成桩7天后，用浅部开挖桩头，目测均匀性，量测成桩直径。检测量为总数5%；

6.2.2成桩3天后，用轻型动力触探检查每米桩身均匀性，检测数为总数1%。

6.2.3成桩15天后，选取数根桩开挖，检查搭接。

如果通过了检验，表明搅拌桩现场施工质量符合设计要求。

结论

地基用双排水泥搅拌桩套打技术，使水泥桩形成连续壁状墙体，对泵站底板液化土层围封、截断，防止粉土液化流动失去地基承载力，同时也防渗帷幕，减少水头渗流。

参考文献：

［1］GB /T 50265-97泵站设计规范.

［2］徐至钧,曹名葆.水泥土搅拌法处理地基[M].北京:机械工业出版社,2004.

［3］GB50202-2002建筑地基基础工程施工质量验收规范.

［4］GB50007-2002建筑地基基础设计规范.

［5］JGJ94-2008建筑桩基技术规范.

［6］YBJ225-91软土地基深层搅拌加固法技术规程.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。